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6月15日，由江蘇無錫錫山經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)管委會和InSemi Research主辦的“2023碳化硅功率器件應用及測試技術大會”正式開幕。此次會議聚集了國內(nèi)知名碳化硅企業(yè)，現(xiàn)場觀點迸發(fā)，立足當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共話未來的機遇與挑戰(zhàn)。

江蘇省半導體行業(yè)協(xié)會秘書長秦舒指出，江蘇省是我國集成電路產(chǎn)業(yè)的重鎮(zhèn)，也是集成電路產(chǎn)業(yè)大省，截至目前，已完成芯片設計、晶圓制造、封裝測試、專用設備，核心零部件及關鍵材料的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，且10多年來產(chǎn)業(yè)規(guī)模一直穩(wěn)居全國第一。

(資料圖片)

江蘇省內(nèi)又屬無錫為關鍵一環(huán)。回溯歷史，無錫在我國集成電路發(fā)展過程中起到了舉足輕重的作用，因此有著集成電路的“黃埔軍校”之稱。近年來，隨著華鋒半導體、中環(huán)半導體、海力士二代等重大項目的引進和建設，無錫集成電路產(chǎn)業(yè)再創(chuàng)新高，去年總產(chǎn)值突破2000億元。現(xiàn)已建成完整覆蓋集成電路各環(huán)節(jié)的高精技術產(chǎn)業(yè)集群，與此同時，第三代半導體產(chǎn)業(yè)也已初具規(guī)模。

華大半導體戰(zhàn)略規(guī)劃部總經(jīng)理王輝在《中國碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)》的主題演講中指出，新能源汽車對里程的焦慮和雙碳目標的實現(xiàn)，使得硅在功率上的性能被壓榨到了極致。所以行業(yè)一直在探討，要如何進一步提升功率轉(zhuǎn)化，還有整個器件性能的提升。眼下，用新的材料替代成了一個主流思路。

從應用場景看，碳化硅最大的發(fā)展窗口在于新能源汽車市場領域。“所以對碳化硅從業(yè)者來說，‘得汽車得天下’。”王輝表示，如果一家碳化硅企業(yè)沒有抓住汽車產(chǎn)業(yè)變革的爆發(fā)式窗口期，在碳化硅這個事情上就不一定能持續(xù)下去。從目前整個行業(yè)的發(fā)展來看，碳化硅在車載OBC、DCDC上都已投入使用，同時特斯拉、比亞迪等車企也在大規(guī)模應用碳化硅器件。而一些尚處于開發(fā)中的車型，比如中高端車型會至少打造一套碳化硅動力平臺作為備份。據(jù)華大半導體預計，整個行業(yè)會在今年或者明年爆發(fā)。

盡管如此，碳化硅要完全取代硅還需要相當長的時間。王輝認為，碳化硅技術處于快速發(fā)展期，但整體應用仍受限于良率、成本、特性。在短時間內(nèi)，碳化硅不會進入到硅的某些應用領域。包括在兩者重合比較多的領域里，滲透率也將是逐步的。

“碳化硅很貴”幾乎是行業(yè)共識。但據(jù)王輝透露，國內(nèi)做碳化硅的公司仍面臨著盈利問題，其根本原因是襯底和外延的良率不高。而整個碳化硅襯底環(huán)節(jié)還有兩個問題需要面對，“一是，有效產(chǎn)能和規(guī)劃產(chǎn)能窗口期的錯位。現(xiàn)在碳化硅襯底材料缺貨非常厲害，大家都在拼命擴產(chǎn)，擴完以后是否能和市場需求相吻合？二是，整個碳化硅產(chǎn)業(yè)有可能在未來5年內(nèi)向8寸遷移，我們現(xiàn)在投資，包括技術的迭代能不能趕上窗口期？”此外，王輝也提到，碳化硅產(chǎn)業(yè)只有協(xié)同創(chuàng)新才能把整個成本降下去。

蘇州匯川聯(lián)合動力有限公司高級產(chǎn)品經(jīng)理周長國也談到了降本問題。他表示，降本將成為整個新能源汽車行業(yè)的主旋律。從整車維度看降本體現(xiàn)在三方面，一是，繼續(xù)壓低零部件采購價格。零部件的采購價格最核心的有兩個，電池和電驅(qū)動。動力電池的價格主要受到原材料的影響，對于OEM來說，想要壓電池的價格和成本非常困難。所以也就出現(xiàn)了一種現(xiàn)象，整車廠帶著現(xiàn)金去預定電池，反而在電驅(qū)動這里，都是7、8家廠商競標一個項目，結果就是不斷擠壓毛利。

二是，推動技術降本，以電驅(qū)來說，主要包括電機和電控。電機的主要發(fā)展方向是高速、油冷，成本大概會有15%的降幅；另外是深度集成，成本也會達到10%～15%的降幅。三是，OEM自建供應鏈，可以更好地掌握關鍵技術并控制成本，同時也可以幫助OEM與供應商進行價格談判和博弈，其中電驅(qū)尤為明顯，未來電驅(qū)的成本價格會持續(xù)下降。

不過，周長國表示，目前OEM對于整個電驅(qū)的降本需求期望是年降10%，實際上因為電驅(qū)行業(yè)的惡性競爭，企業(yè)可以承受的空間最多只有3%的年降空間，這之間還會存在巨大的缺口。

BelGaN BV CEO 周貞宏發(fā)表了以《國際SiC產(chǎn)業(yè)投資趨勢和挑戰(zhàn)》為主題的演講。他回憶稱，在2015、2016年投碳化硅產(chǎn)業(yè)的時候，所有的公司都非常苦，因為沒有人投，也不知道這個市場哪一天才會爆發(fā)。雖然碳化硅不是一個新事物，但早前的應用市場規(guī)模相當有限。

從特斯拉Model3開始采用后，碳化硅正式迎來了快速上車期。最早特斯拉Model3里有24顆碳化硅芯片，雖然單價比IGBT貴，但是碳化硅由于可以把逆變器做得更小，節(jié)省了外圍電路、電感，機械件，進而可以在整個系統(tǒng)層面把成本做到更低。所以整個碳化硅產(chǎn)業(yè)在2018、2019年呈現(xiàn)出缺貨狀態(tài)，也促成了全國多樁并購，包括材料、切割、器件領域都出現(xiàn)了非常多的并購。

之后便是，碳化硅市場開始爆發(fā)起來，從2021年大約10億美元，到2027年有望增加到60億美元。周貞宏指出，要進入碳化硅賽道，并在國際賽道里占有一席之地，口袋里沒有10億美元很難有機會。因為碳化硅是以量取勝的行業(yè)，有規(guī)模效應，除非有突破性的創(chuàng)新，能顛覆所有的產(chǎn)業(yè)。同時他表示，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)主要面臨著兩個挑戰(zhàn)，經(jīng)驗不足和太分散。

國內(nèi)除了比亞迪、華潤微等頭部公司，很多碳化硅企業(yè)都是2019年后才成立。相比國際巨頭，人員、規(guī)模、技術都相對欠缺。以WOLFSPEED為例，其在2022年建新廠規(guī)劃的周期是48個月，這其中不僅包括建廠時間，還得通過車規(guī)級可靠性認證。

另外，近年來國內(nèi)對碳化硅的投入非常大，但也非常零散。“這個市場競爭非常激烈，大部分沒有規(guī)模沒有創(chuàng)新的公司，再過3年5年可能都會很難生存下去。”周貞宏認為，現(xiàn)有的碳化硅公司在未來仍需要更多的合作，從國內(nèi)、國外，通過合作、引進超前技術或者通過創(chuàng)新，才能有機會從中小公司發(fā)展壯大起來。

onsemi中國區(qū)汽車市場技術負責人吳桐以其2015年參與制定的碳化硅白皮書指出，碳化硅技術主要存在三個痛點。一是，產(chǎn)能問題。無論是單芯片的產(chǎn)能還是尺寸的擴張，從6寸到8寸、良率的提升、瘋狂擴建廠，都是為了實現(xiàn)大批量產(chǎn)生晶片，使成本下降。二是，封裝技術問題。傳統(tǒng)的IGBT有很多優(yōu)勢，包括可操作性、成本，但是在碳化硅領域，封裝技術的要求有很多的提升和需求，這就需要行業(yè)對封裝技術有進一步優(yōu)化和升級的空間。

三是，系統(tǒng)的整合問題。如何能進行系統(tǒng)整合，通過客戶端更好的應用碳化硅也是一個問題。因為碳化硅并不是即插即用的，而要從系統(tǒng)層級，包括控制、保護、甚至包括整個三電系統(tǒng)、汽車的電氣升級，可能都會有和碳化硅息息相關的東西，所以系統(tǒng)整合的升級也很重要。

總體上，碳化硅技術并不是說得那么容易，不是光有碳化硅芯片就可以了，芯片還需要一個封裝，需要系統(tǒng)才能發(fā)揮最大的價值。封裝系統(tǒng)里面的設計難度不亞于整個芯片的設計，所以接下來可能會有很多新的技術隨著封裝來迭代。“我相信在未來幾年，肯定會有類似的產(chǎn)品和碳化硅的封裝模式，因為碳化硅的封裝百家爭鳴，每一家都有推出自己的碳化硅的封裝，甚至我們很多下游客戶也在做自己的封裝，但是我相信，一旦有一款性能和成本都特別具備優(yōu)勢的技術，未來肯定是會一統(tǒng)天下的。”

博世汽車部件（蘇州）有限公司汽車電子事業(yè)部功率半導體戰(zhàn)略合作負責人王駿躍表示，從生產(chǎn)階段來看，純電車由于電池生產(chǎn)所排放的二氧化碳，實際要比燃油車高，但如果把時間線拉長一點，把利用率的過程放進來，也就是從生產(chǎn)制造、使用到報廢的整個過程看，新能源汽車尤其是純電車的碳排放要比燃油車少得多。舉個例子，65度的電池的碳排放會比燃油車減少大約20%，如果電池更小一些，可以降低30%左右。某種程度上，盡早地禁止燃油車銷售意義重大。

據(jù)博世預測，2023年預計會有較多車企逐步采用800V技術，到2025年，國內(nèi)乘用車和輕型商用車的銷量大約在1400萬臺左右，其中純電約50%，而在所有純電車型中，碳化硅的滲透率將達到46%。到2029年，這個數(shù)據(jù)會更加可觀，到時預計會有超過2000萬臺的乘用車和輕型商用車，其中純電部分超過70%，碳化硅的滲透率將達到60%左右。

據(jù)王駿躍介紹，今年起，博世第二代產(chǎn)品會陸續(xù)上線，分立產(chǎn)品也會逐步推向市場。另外，與模塊相關的產(chǎn)品部分，今年會提供一些對內(nèi)使用的模塊，并逐步在2025年左右推出一些對外的模塊產(chǎn)品。據(jù)悉，博世內(nèi)部有一項比較獨特的碳化硅CSL模塊技術，預計會在2023年提供樣品，到2025年左右達到批產(chǎn)。采用博世最新碳化硅芯片技術的全新B6 SiC模塊分為兩個電壓等級750V和1200V，以及行業(yè)標準的PinFin冷卻和集成式冷卻器這兩種冷卻方式，同時也做到了比較低的電感和更先進的燒結技術。

寫在最后

以碳化硅為代表的第三代半導體被視為是我國可以彎道超車的重要領域。一方面，國內(nèi)碳化硅的起步時間和國外相比，并沒有相差太遠，包括6寸碳化硅材料已經(jīng)達到和國外差不多的水平；另一方面，得益于新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展，碳化硅上車明顯提速的同時，也將帶動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈進一步做大變強。隨著汽車電動化滲透率不斷提高，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)未來可期！